Une approche circulaire de la conception des véhicules électriques légers
Les matériaux composites à base de polymères et les composants hybrides métal/composite sont depuis longtemps considérés par le secteur automobile pour réduire le facteur poids. Malgré les progrès considérables réalisés au cours des deux dernières décennies, leur adoption sur le marché des éléments structurels demeure principalement limitée aux véhicules haut de gamme à faible volume, à quelques exceptions près. Les principaux obstacles sont les coûts élevés des matériaux et de la fabrication, la lenteur de la production et les inquiétudes relatives à la fiabilité et à la robustesse de ces matériaux.
Opter pour une approche circulaire
Le projet LEVIS, financé par l’UE, a réalisé d’importants progrès dans ces domaines, faisant progresser la technologie et promouvant la durabilité dans le secteur automobile. Il a concentré ses efforts sur l’amélioration des solutions existantes, le développement de nouvelles solutions et leur préparation à une mise en œuvre industrielle homogène. L’accent a été mis sur l’augmentation du recours à des matériaux biosourcés, recyclables et recyclés, ainsi que sur la création de nouvelles approches de la gestion des produits en fin de vie. LEVIS a également développé des outils et des méthodologies destinés à intégrer des pratiques d’éco-conception et a réalisé des analyses environnementales et de coût du cycle de vie. «Nous avons réalisé d’importantes avancées concernant les matériaux et les procédés de fabrication durables. LEVIS a développé des matériaux et des composants recyclables, utilisant des fibres de carbone bio-sourcées et recyclées, et adoptant une approche de conception circulaire pour prolonger la durée de vie des pièces structurelles, tout en permettant un démantèlement et une récupération des matériaux efficaces», confie José Ramón Valdés, coordinateur du projet.
Améliorer les méthodes destinées à intensifier la production
L’équipe du projet s’est appuyée sur des méthodes de fabrication innovantes pour produire et valider quatre pièces de démonstration: un bras de commande de suspension, un bloc-batterie, un boîtier de batterie avec jeu de barre intégrée et une poutre transversale de voiture avec un support de colonne de direction. Ces pièces ont contribué à réduire le poids total d’environ 30 % dans tous les cas. Les processus de fabrication des démonstrateurs ont été mis à l’échelle avec succès, les efforts se concentrant sur l’optimisation des paramètres des techniques de moulage par transfert de résine, de moulage par injection, de formage à la presse et de pultrusion. Les chercheurs ont analysé des configurations de joints en aluminium-composite et les ont optimisées pour les poutres internes et latérales du caisson de batterie, ainsi que pour le joint en acier-composite reliant le groupe porteur de la colonne de direction à la poutre transversale de la voiture.
Des algorithmes avancés pour améliorer l’intégrité structurelle et la prévision de la durée de vie
Sur le plan théorique, LEVIS a démontré des processus de simulation avancés destinés à améliorer l’intégrité structurelle et prévoir la durée de vie des composants. Il s’agit notamment de modèles multi-échelles qui relient les processus, la structure des matériaux et leurs propriétés, ainsi que d’un modèle de fatigue qui évalue ce phénomène sur la base d’une dégradation de la rigidité fondée sur l’endommagement de la matrice. Les chercheurs ont fait progresser les méthodologies de simulation des processus de moulage par transfert de résine thermoplastique, améliorant la compréhension des relations entre les paramètres des processus, les performances structurelles et les propriétés des matériaux. Des modèles micromécaniques ont permis de calculer les propriétés mécaniques et thermiques homogénéisées des matériaux composites, et ont fourni des données cruciales pour les simulations au niveau des composants. Ils ont également validé des algorithmes de surveillance de l’état des structures pour la détection des modes de défaillance.
Les avantages en chiffres
Ils ont également déployé des stratégies appropriées de fin de vie pour le démontage, le recyclage et les méthodes de réutilisation des nouvelles pièces automobiles. La technologie de démantèlement à la demande pour séparer les structures multi-matériaux a affiché une efficacité de décollement de 98 %, les particules expansées thermiquement améliorant l’efficacité et réduisant la consommation d’énergie pour la séparation. L’optimisation de la récupération par pyrolyse à basse température a permis de réduire la perte de poids du matériau à seulement 3 % et de conserver 85 % de la résistance à la traction du plastique renforcé de fibres de carbone récupéré. L’analyse du cycle de vie a révélé que l’impact des VE sur le changement climatique pouvait être réduit dans la plupart des cas, en particulier de plus de 25 % pour les composants du bloc-batterie. L’analyse du coût du cycle de vie a révélé que les trois démonstrations ont réduit les coûts par rapport aux valeurs de référence. Deux d’entre eux ont atteint l’objectif du projet, à savoir une réduction de 20 %. «Les études relatives à la réduction du poids ont estimé une diminution de 31 % du poids et une réduction de 5,46 % du potentiel de réchauffement de la planète», souligne José Ramón Valdés. «Le taux de consommation d’énergie a été amélioré de 5,46 %, ce qui a permis une réduction de 9 kg le poids du moteur et de 16 kg du poids des cellules de la batterie, améliorant ainsi les performances et l’efficacité énergétique du véhicule.»
Mots‑clés
LEVIS, véhicule électrique, approche circulaire, léger, recyclable, plastique renforcé de fibres de carbone
